]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_borrowck/src/region_infer/mod.rs
fold_region: remove unused parameter
[rust.git] / compiler / rustc_borrowck / src / region_infer / mod.rs
1 use std::collections::VecDeque;
2 use std::rc::Rc;
3
4 use rustc_data_structures::binary_search_util;
5 use rustc_data_structures::frozen::Frozen;
6 use rustc_data_structures::fx::{FxHashMap, FxHashSet};
7 use rustc_data_structures::graph::scc::Sccs;
8 use rustc_errors::Diagnostic;
9 use rustc_hir::def_id::{DefId, CRATE_DEF_ID};
10 use rustc_hir::CRATE_HIR_ID;
11 use rustc_index::vec::IndexVec;
12 use rustc_infer::infer::canonical::QueryOutlivesConstraint;
13 use rustc_infer::infer::outlives::test_type_match;
14 use rustc_infer::infer::region_constraints::{GenericKind, VarInfos, VerifyBound, VerifyIfEq};
15 use rustc_infer::infer::{InferCtxt, NllRegionVariableOrigin, RegionVariableOrigin};
16 use rustc_middle::mir::{
17     Body, ClosureOutlivesRequirement, ClosureOutlivesSubject, ClosureRegionRequirements,
18     ConstraintCategory, Local, Location, ReturnConstraint,
19 };
20 use rustc_middle::traits::ObligationCause;
21 use rustc_middle::traits::ObligationCauseCode;
22 use rustc_middle::ty::{self, subst::SubstsRef, RegionVid, Ty, TyCtxt, TypeFoldable};
23 use rustc_span::Span;
24
25 use crate::{
26     constraints::{
27         graph::NormalConstraintGraph, ConstraintSccIndex, OutlivesConstraint, OutlivesConstraintSet,
28     },
29     diagnostics::{RegionErrorKind, RegionErrors, UniverseInfo},
30     member_constraints::{MemberConstraintSet, NllMemberConstraintIndex},
31     nll::{PoloniusOutput, ToRegionVid},
32     region_infer::reverse_sccs::ReverseSccGraph,
33     region_infer::values::{
34         LivenessValues, PlaceholderIndices, RegionElement, RegionValueElements, RegionValues,
35         ToElementIndex,
36     },
37     type_check::{free_region_relations::UniversalRegionRelations, Locations},
38     universal_regions::UniversalRegions,
39 };
40
41 mod dump_mir;
42 mod graphviz;
43 mod opaque_types;
44 mod reverse_sccs;
45
46 pub mod values;
47
48 pub struct RegionInferenceContext<'tcx> {
49     pub var_infos: VarInfos,
50
51     /// Contains the definition for every region variable. Region
52     /// variables are identified by their index (`RegionVid`). The
53     /// definition contains information about where the region came
54     /// from as well as its final inferred value.
55     definitions: IndexVec<RegionVid, RegionDefinition<'tcx>>,
56
57     /// The liveness constraints added to each region. For most
58     /// regions, these start out empty and steadily grow, though for
59     /// each universally quantified region R they start out containing
60     /// the entire CFG and `end(R)`.
61     liveness_constraints: LivenessValues<RegionVid>,
62
63     /// The outlives constraints computed by the type-check.
64     constraints: Frozen<OutlivesConstraintSet<'tcx>>,
65
66     /// The constraint-set, but in graph form, making it easy to traverse
67     /// the constraints adjacent to a particular region. Used to construct
68     /// the SCC (see `constraint_sccs`) and for error reporting.
69     constraint_graph: Frozen<NormalConstraintGraph>,
70
71     /// The SCC computed from `constraints` and the constraint
72     /// graph. We have an edge from SCC A to SCC B if `A: B`. Used to
73     /// compute the values of each region.
74     constraint_sccs: Rc<Sccs<RegionVid, ConstraintSccIndex>>,
75
76     /// Reverse of the SCC constraint graph --  i.e., an edge `A -> B` exists if
77     /// `B: A`. This is used to compute the universal regions that are required
78     /// to outlive a given SCC. Computed lazily.
79     rev_scc_graph: Option<Rc<ReverseSccGraph>>,
80
81     /// The "R0 member of [R1..Rn]" constraints, indexed by SCC.
82     member_constraints: Rc<MemberConstraintSet<'tcx, ConstraintSccIndex>>,
83
84     /// Records the member constraints that we applied to each scc.
85     /// This is useful for error reporting. Once constraint
86     /// propagation is done, this vector is sorted according to
87     /// `member_region_scc`.
88     member_constraints_applied: Vec<AppliedMemberConstraint>,
89
90     /// Map closure bounds to a `Span` that should be used for error reporting.
91     closure_bounds_mapping:
92         FxHashMap<Location, FxHashMap<(RegionVid, RegionVid), (ConstraintCategory<'tcx>, Span)>>,
93
94     /// Map universe indexes to information on why we created it.
95     universe_causes: FxHashMap<ty::UniverseIndex, UniverseInfo<'tcx>>,
96
97     /// Contains the minimum universe of any variable within the same
98     /// SCC. We will ensure that no SCC contains values that are not
99     /// visible from this index.
100     scc_universes: IndexVec<ConstraintSccIndex, ty::UniverseIndex>,
101
102     /// Contains a "representative" from each SCC. This will be the
103     /// minimal RegionVid belonging to that universe. It is used as a
104     /// kind of hacky way to manage checking outlives relationships,
105     /// since we can 'canonicalize' each region to the representative
106     /// of its SCC and be sure that -- if they have the same repr --
107     /// they *must* be equal (though not having the same repr does not
108     /// mean they are unequal).
109     scc_representatives: IndexVec<ConstraintSccIndex, ty::RegionVid>,
110
111     /// The final inferred values of the region variables; we compute
112     /// one value per SCC. To get the value for any given *region*,
113     /// you first find which scc it is a part of.
114     scc_values: RegionValues<ConstraintSccIndex>,
115
116     /// Type constraints that we check after solving.
117     type_tests: Vec<TypeTest<'tcx>>,
118
119     /// Information about the universally quantified regions in scope
120     /// on this function.
121     universal_regions: Rc<UniversalRegions<'tcx>>,
122
123     /// Information about how the universally quantified regions in
124     /// scope on this function relate to one another.
125     universal_region_relations: Frozen<UniversalRegionRelations<'tcx>>,
126 }
127
128 /// Each time that `apply_member_constraint` is successful, it appends
129 /// one of these structs to the `member_constraints_applied` field.
130 /// This is used in error reporting to trace out what happened.
131 ///
132 /// The way that `apply_member_constraint` works is that it effectively
133 /// adds a new lower bound to the SCC it is analyzing: so you wind up
134 /// with `'R: 'O` where `'R` is the pick-region and `'O` is the
135 /// minimal viable option.
136 #[derive(Copy, Clone, Debug, Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd)]
137 pub(crate) struct AppliedMemberConstraint {
138     /// The SCC that was affected. (The "member region".)
139     ///
140     /// The vector if `AppliedMemberConstraint` elements is kept sorted
141     /// by this field.
142     pub(crate) member_region_scc: ConstraintSccIndex,
143
144     /// The "best option" that `apply_member_constraint` found -- this was
145     /// added as an "ad-hoc" lower-bound to `member_region_scc`.
146     pub(crate) min_choice: ty::RegionVid,
147
148     /// The "member constraint index" -- we can find out details about
149     /// the constraint from
150     /// `set.member_constraints[member_constraint_index]`.
151     pub(crate) member_constraint_index: NllMemberConstraintIndex,
152 }
153
154 pub(crate) struct RegionDefinition<'tcx> {
155     /// What kind of variable is this -- a free region? existential
156     /// variable? etc. (See the `NllRegionVariableOrigin` for more
157     /// info.)
158     pub(crate) origin: NllRegionVariableOrigin,
159
160     /// Which universe is this region variable defined in? This is
161     /// most often `ty::UniverseIndex::ROOT`, but when we encounter
162     /// forall-quantifiers like `for<'a> { 'a = 'b }`, we would create
163     /// the variable for `'a` in a fresh universe that extends ROOT.
164     pub(crate) universe: ty::UniverseIndex,
165
166     /// If this is 'static or an early-bound region, then this is
167     /// `Some(X)` where `X` is the name of the region.
168     pub(crate) external_name: Option<ty::Region<'tcx>>,
169 }
170
171 /// N.B., the variants in `Cause` are intentionally ordered. Lower
172 /// values are preferred when it comes to error messages. Do not
173 /// reorder willy nilly.
174 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialOrd, Ord, PartialEq, Eq)]
175 pub(crate) enum Cause {
176     /// point inserted because Local was live at the given Location
177     LiveVar(Local, Location),
178
179     /// point inserted because Local was dropped at the given Location
180     DropVar(Local, Location),
181 }
182
183 /// A "type test" corresponds to an outlives constraint between a type
184 /// and a lifetime, like `T: 'x` or `<T as Foo>::Bar: 'x`. They are
185 /// translated from the `Verify` region constraints in the ordinary
186 /// inference context.
187 ///
188 /// These sorts of constraints are handled differently than ordinary
189 /// constraints, at least at present. During type checking, the
190 /// `InferCtxt::process_registered_region_obligations` method will
191 /// attempt to convert a type test like `T: 'x` into an ordinary
192 /// outlives constraint when possible (for example, `&'a T: 'b` will
193 /// be converted into `'a: 'b` and registered as a `Constraint`).
194 ///
195 /// In some cases, however, there are outlives relationships that are
196 /// not converted into a region constraint, but rather into one of
197 /// these "type tests". The distinction is that a type test does not
198 /// influence the inference result, but instead just examines the
199 /// values that we ultimately inferred for each region variable and
200 /// checks that they meet certain extra criteria. If not, an error
201 /// can be issued.
202 ///
203 /// One reason for this is that these type tests typically boil down
204 /// to a check like `'a: 'x` where `'a` is a universally quantified
205 /// region -- and therefore not one whose value is really meant to be
206 /// *inferred*, precisely (this is not always the case: one can have a
207 /// type test like `<Foo as Trait<'?0>>::Bar: 'x`, where `'?0` is an
208 /// inference variable). Another reason is that these type tests can
209 /// involve *disjunction* -- that is, they can be satisfied in more
210 /// than one way.
211 ///
212 /// For more information about this translation, see
213 /// `InferCtxt::process_registered_region_obligations` and
214 /// `InferCtxt::type_must_outlive` in `rustc_infer::infer::InferCtxt`.
215 #[derive(Clone, Debug)]
216 pub struct TypeTest<'tcx> {
217     /// The type `T` that must outlive the region.
218     pub generic_kind: GenericKind<'tcx>,
219
220     /// The region `'x` that the type must outlive.
221     pub lower_bound: RegionVid,
222
223     /// Where did this constraint arise and why?
224     pub locations: Locations,
225
226     /// A test which, if met by the region `'x`, proves that this type
227     /// constraint is satisfied.
228     pub verify_bound: VerifyBound<'tcx>,
229 }
230
231 /// When we have an unmet lifetime constraint, we try to propagate it outward (e.g. to a closure
232 /// environment). If we can't, it is an error.
233 #[derive(Clone, Copy, Debug, Eq, PartialEq)]
234 enum RegionRelationCheckResult {
235     Ok,
236     Propagated,
237     Error,
238 }
239
240 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug)]
241 enum Trace<'tcx> {
242     StartRegion,
243     FromOutlivesConstraint(OutlivesConstraint<'tcx>),
244     NotVisited,
245 }
246
247 impl<'tcx> RegionInferenceContext<'tcx> {
248     /// Creates a new region inference context with a total of
249     /// `num_region_variables` valid inference variables; the first N
250     /// of those will be constant regions representing the free
251     /// regions defined in `universal_regions`.
252     ///
253     /// The `outlives_constraints` and `type_tests` are an initial set
254     /// of constraints produced by the MIR type check.
255     pub(crate) fn new(
256         var_infos: VarInfos,
257         universal_regions: Rc<UniversalRegions<'tcx>>,
258         placeholder_indices: Rc<PlaceholderIndices>,
259         universal_region_relations: Frozen<UniversalRegionRelations<'tcx>>,
260         outlives_constraints: OutlivesConstraintSet<'tcx>,
261         member_constraints_in: MemberConstraintSet<'tcx, RegionVid>,
262         closure_bounds_mapping: FxHashMap<
263             Location,
264             FxHashMap<(RegionVid, RegionVid), (ConstraintCategory<'tcx>, Span)>,
265         >,
266         universe_causes: FxHashMap<ty::UniverseIndex, UniverseInfo<'tcx>>,
267         type_tests: Vec<TypeTest<'tcx>>,
268         liveness_constraints: LivenessValues<RegionVid>,
269         elements: &Rc<RegionValueElements>,
270     ) -> Self {
271         // Create a RegionDefinition for each inference variable.
272         let definitions: IndexVec<_, _> = var_infos
273             .iter()
274             .map(|info| RegionDefinition::new(info.universe, info.origin))
275             .collect();
276
277         let constraints = Frozen::freeze(outlives_constraints);
278         let constraint_graph = Frozen::freeze(constraints.graph(definitions.len()));
279         let fr_static = universal_regions.fr_static;
280         let constraint_sccs = Rc::new(constraints.compute_sccs(&constraint_graph, fr_static));
281
282         let mut scc_values =
283             RegionValues::new(elements, universal_regions.len(), &placeholder_indices);
284
285         for region in liveness_constraints.rows() {
286             let scc = constraint_sccs.scc(region);
287             scc_values.merge_liveness(scc, region, &liveness_constraints);
288         }
289
290         let scc_universes = Self::compute_scc_universes(&constraint_sccs, &definitions);
291
292         let scc_representatives = Self::compute_scc_representatives(&constraint_sccs, &definitions);
293
294         let member_constraints =
295             Rc::new(member_constraints_in.into_mapped(|r| constraint_sccs.scc(r)));
296
297         let mut result = Self {
298             var_infos,
299             definitions,
300             liveness_constraints,
301             constraints,
302             constraint_graph,
303             constraint_sccs,
304             rev_scc_graph: None,
305             member_constraints,
306             member_constraints_applied: Vec::new(),
307             closure_bounds_mapping,
308             universe_causes,
309             scc_universes,
310             scc_representatives,
311             scc_values,
312             type_tests,
313             universal_regions,
314             universal_region_relations,
315         };
316
317         result.init_free_and_bound_regions();
318
319         result
320     }
321
322     /// Each SCC is the combination of many region variables which
323     /// have been equated. Therefore, we can associate a universe with
324     /// each SCC which is minimum of all the universes of its
325     /// constituent regions -- this is because whatever value the SCC
326     /// takes on must be a value that each of the regions within the
327     /// SCC could have as well. This implies that the SCC must have
328     /// the minimum, or narrowest, universe.
329     fn compute_scc_universes(
330         constraint_sccs: &Sccs<RegionVid, ConstraintSccIndex>,
331         definitions: &IndexVec<RegionVid, RegionDefinition<'tcx>>,
332     ) -> IndexVec<ConstraintSccIndex, ty::UniverseIndex> {
333         let num_sccs = constraint_sccs.num_sccs();
334         let mut scc_universes = IndexVec::from_elem_n(ty::UniverseIndex::MAX, num_sccs);
335
336         debug!("compute_scc_universes()");
337
338         // For each region R in universe U, ensure that the universe for the SCC
339         // that contains R is "no bigger" than U. This effectively sets the universe
340         // for each SCC to be the minimum of the regions within.
341         for (region_vid, region_definition) in definitions.iter_enumerated() {
342             let scc = constraint_sccs.scc(region_vid);
343             let scc_universe = &mut scc_universes[scc];
344             let scc_min = std::cmp::min(region_definition.universe, *scc_universe);
345             if scc_min != *scc_universe {
346                 *scc_universe = scc_min;
347                 debug!(
348                     "compute_scc_universes: lowered universe of {scc:?} to {scc_min:?} \
349                     because it contains {region_vid:?} in {region_universe:?}",
350                     scc = scc,
351                     scc_min = scc_min,
352                     region_vid = region_vid,
353                     region_universe = region_definition.universe,
354                 );
355             }
356         }
357
358         // Walk each SCC `A` and `B` such that `A: B`
359         // and ensure that universe(A) can see universe(B).
360         //
361         // This serves to enforce the 'empty/placeholder' hierarchy
362         // (described in more detail on `RegionKind`):
363         //
364         // ```
365         // static -----+
366         //   |         |
367         // empty(U0) placeholder(U1)
368         //   |      /
369         // empty(U1)
370         // ```
371         //
372         // In particular, imagine we have variables R0 in U0 and R1
373         // created in U1, and constraints like this;
374         //
375         // ```
376         // R1: !1 // R1 outlives the placeholder in U1
377         // R1: R0 // R1 outlives R0
378         // ```
379         //
380         // Here, we wish for R1 to be `'static`, because it
381         // cannot outlive `placeholder(U1)` and `empty(U0)` any other way.
382         //
383         // Thanks to this loop, what happens is that the `R1: R0`
384         // constraint lowers the universe of `R1` to `U0`, which in turn
385         // means that the `R1: !1` constraint will (later) cause
386         // `R1` to become `'static`.
387         for scc_a in constraint_sccs.all_sccs() {
388             for &scc_b in constraint_sccs.successors(scc_a) {
389                 let scc_universe_a = scc_universes[scc_a];
390                 let scc_universe_b = scc_universes[scc_b];
391                 let scc_universe_min = std::cmp::min(scc_universe_a, scc_universe_b);
392                 if scc_universe_a != scc_universe_min {
393                     scc_universes[scc_a] = scc_universe_min;
394
395                     debug!(
396                         "compute_scc_universes: lowered universe of {scc_a:?} to {scc_universe_min:?} \
397                         because {scc_a:?}: {scc_b:?} and {scc_b:?} is in universe {scc_universe_b:?}",
398                         scc_a = scc_a,
399                         scc_b = scc_b,
400                         scc_universe_min = scc_universe_min,
401                         scc_universe_b = scc_universe_b
402                     );
403                 }
404             }
405         }
406
407         debug!("compute_scc_universes: scc_universe = {:#?}", scc_universes);
408
409         scc_universes
410     }
411
412     /// For each SCC, we compute a unique `RegionVid` (in fact, the
413     /// minimal one that belongs to the SCC). See
414     /// `scc_representatives` field of `RegionInferenceContext` for
415     /// more details.
416     fn compute_scc_representatives(
417         constraints_scc: &Sccs<RegionVid, ConstraintSccIndex>,
418         definitions: &IndexVec<RegionVid, RegionDefinition<'tcx>>,
419     ) -> IndexVec<ConstraintSccIndex, ty::RegionVid> {
420         let num_sccs = constraints_scc.num_sccs();
421         let next_region_vid = definitions.next_index();
422         let mut scc_representatives = IndexVec::from_elem_n(next_region_vid, num_sccs);
423
424         for region_vid in definitions.indices() {
425             let scc = constraints_scc.scc(region_vid);
426             let prev_min = scc_representatives[scc];
427             scc_representatives[scc] = region_vid.min(prev_min);
428         }
429
430         scc_representatives
431     }
432
433     /// Initializes the region variables for each universally
434     /// quantified region (lifetime parameter). The first N variables
435     /// always correspond to the regions appearing in the function
436     /// signature (both named and anonymous) and where-clauses. This
437     /// function iterates over those regions and initializes them with
438     /// minimum values.
439     ///
440     /// For example:
441     /// ```
442     /// fn foo<'a, 'b>( /* ... */ ) where 'a: 'b { /* ... */ }
443     /// ```
444     /// would initialize two variables like so:
445     /// ```ignore (illustrative)
446     /// R0 = { CFG, R0 } // 'a
447     /// R1 = { CFG, R0, R1 } // 'b
448     /// ```
449     /// Here, R0 represents `'a`, and it contains (a) the entire CFG
450     /// and (b) any universally quantified regions that it outlives,
451     /// which in this case is just itself. R1 (`'b`) in contrast also
452     /// outlives `'a` and hence contains R0 and R1.
453     fn init_free_and_bound_regions(&mut self) {
454         // Update the names (if any)
455         for (external_name, variable) in self.universal_regions.named_universal_regions() {
456             debug!(
457                 "init_universal_regions: region {:?} has external name {:?}",
458                 variable, external_name
459             );
460             self.definitions[variable].external_name = Some(external_name);
461         }
462
463         for variable in self.definitions.indices() {
464             let scc = self.constraint_sccs.scc(variable);
465
466             match self.definitions[variable].origin {
467                 NllRegionVariableOrigin::FreeRegion => {
468                     // For each free, universally quantified region X:
469
470                     // Add all nodes in the CFG to liveness constraints
471                     self.liveness_constraints.add_all_points(variable);
472                     self.scc_values.add_all_points(scc);
473
474                     // Add `end(X)` into the set for X.
475                     self.scc_values.add_element(scc, variable);
476                 }
477
478                 NllRegionVariableOrigin::Placeholder(placeholder) => {
479                     // Each placeholder region is only visible from
480                     // its universe `ui` and its extensions. So we
481                     // can't just add it into `scc` unless the
482                     // universe of the scc can name this region.
483                     let scc_universe = self.scc_universes[scc];
484                     if scc_universe.can_name(placeholder.universe) {
485                         self.scc_values.add_element(scc, placeholder);
486                     } else {
487                         debug!(
488                             "init_free_and_bound_regions: placeholder {:?} is \
489                              not compatible with universe {:?} of its SCC {:?}",
490                             placeholder, scc_universe, scc,
491                         );
492                         self.add_incompatible_universe(scc);
493                     }
494                 }
495
496                 NllRegionVariableOrigin::RootEmptyRegion
497                 | NllRegionVariableOrigin::Existential { .. } => {
498                     // For existential, regions, nothing to do.
499                 }
500             }
501         }
502     }
503
504     /// Returns an iterator over all the region indices.
505     pub fn regions(&self) -> impl Iterator<Item = RegionVid> + 'tcx {
506         self.definitions.indices()
507     }
508
509     /// Given a universal region in scope on the MIR, returns the
510     /// corresponding index.
511     ///
512     /// (Panics if `r` is not a registered universal region.)
513     pub fn to_region_vid(&self, r: ty::Region<'tcx>) -> RegionVid {
514         self.universal_regions.to_region_vid(r)
515     }
516
517     /// Adds annotations for `#[rustc_regions]`; see `UniversalRegions::annotate`.
518     pub(crate) fn annotate(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, err: &mut Diagnostic) {
519         self.universal_regions.annotate(tcx, err)
520     }
521
522     /// Returns `true` if the region `r` contains the point `p`.
523     ///
524     /// Panics if called before `solve()` executes,
525     pub(crate) fn region_contains(&self, r: impl ToRegionVid, p: impl ToElementIndex) -> bool {
526         let scc = self.constraint_sccs.scc(r.to_region_vid());
527         self.scc_values.contains(scc, p)
528     }
529
530     /// Returns access to the value of `r` for debugging purposes.
531     pub(crate) fn region_value_str(&self, r: RegionVid) -> String {
532         let scc = self.constraint_sccs.scc(r.to_region_vid());
533         self.scc_values.region_value_str(scc)
534     }
535
536     /// Returns access to the value of `r` for debugging purposes.
537     pub(crate) fn region_universe(&self, r: RegionVid) -> ty::UniverseIndex {
538         let scc = self.constraint_sccs.scc(r.to_region_vid());
539         self.scc_universes[scc]
540     }
541
542     /// Once region solving has completed, this function will return
543     /// the member constraints that were applied to the value of a given
544     /// region `r`. See `AppliedMemberConstraint`.
545     pub(crate) fn applied_member_constraints(
546         &self,
547         r: impl ToRegionVid,
548     ) -> &[AppliedMemberConstraint] {
549         let scc = self.constraint_sccs.scc(r.to_region_vid());
550         binary_search_util::binary_search_slice(
551             &self.member_constraints_applied,
552             |applied| applied.member_region_scc,
553             &scc,
554         )
555     }
556
557     /// Performs region inference and report errors if we see any
558     /// unsatisfiable constraints. If this is a closure, returns the
559     /// region requirements to propagate to our creator, if any.
560     #[instrument(skip(self, infcx, body, polonius_output), level = "debug")]
561     pub(super) fn solve(
562         &mut self,
563         infcx: &InferCtxt<'_, 'tcx>,
564         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
565         body: &Body<'tcx>,
566         polonius_output: Option<Rc<PoloniusOutput>>,
567     ) -> (Option<ClosureRegionRequirements<'tcx>>, RegionErrors<'tcx>) {
568         let mir_def_id = body.source.def_id();
569         self.propagate_constraints(body);
570
571         let mut errors_buffer = RegionErrors::new();
572
573         // If this is a closure, we can propagate unsatisfied
574         // `outlives_requirements` to our creator, so create a vector
575         // to store those. Otherwise, we'll pass in `None` to the
576         // functions below, which will trigger them to report errors
577         // eagerly.
578         let mut outlives_requirements = infcx.tcx.is_typeck_child(mir_def_id).then(Vec::new);
579
580         self.check_type_tests(
581             infcx,
582             param_env,
583             body,
584             outlives_requirements.as_mut(),
585             &mut errors_buffer,
586         );
587
588         // In Polonius mode, the errors about missing universal region relations are in the output
589         // and need to be emitted or propagated. Otherwise, we need to check whether the
590         // constraints were too strong, and if so, emit or propagate those errors.
591         if infcx.tcx.sess.opts.debugging_opts.polonius {
592             self.check_polonius_subset_errors(
593                 body,
594                 outlives_requirements.as_mut(),
595                 &mut errors_buffer,
596                 polonius_output.expect("Polonius output is unavailable despite `-Z polonius`"),
597             );
598         } else {
599             self.check_universal_regions(body, outlives_requirements.as_mut(), &mut errors_buffer);
600         }
601
602         if errors_buffer.is_empty() {
603             self.check_member_constraints(infcx, &mut errors_buffer);
604         }
605
606         let outlives_requirements = outlives_requirements.unwrap_or_default();
607
608         if outlives_requirements.is_empty() {
609             (None, errors_buffer)
610         } else {
611             let num_external_vids = self.universal_regions.num_global_and_external_regions();
612             (
613                 Some(ClosureRegionRequirements { num_external_vids, outlives_requirements }),
614                 errors_buffer,
615             )
616         }
617     }
618
619     /// Propagate the region constraints: this will grow the values
620     /// for each region variable until all the constraints are
621     /// satisfied. Note that some values may grow **too** large to be
622     /// feasible, but we check this later.
623     #[instrument(skip(self, _body), level = "debug")]
624     fn propagate_constraints(&mut self, _body: &Body<'tcx>) {
625         debug!("constraints={:#?}", {
626             let mut constraints: Vec<_> = self.constraints.outlives().iter().collect();
627             constraints.sort_by_key(|c| (c.sup, c.sub));
628             constraints
629                 .into_iter()
630                 .map(|c| (c, self.constraint_sccs.scc(c.sup), self.constraint_sccs.scc(c.sub)))
631                 .collect::<Vec<_>>()
632         });
633
634         // To propagate constraints, we walk the DAG induced by the
635         // SCC. For each SCC, we visit its successors and compute
636         // their values, then we union all those values to get our
637         // own.
638         let constraint_sccs = self.constraint_sccs.clone();
639         for scc in constraint_sccs.all_sccs() {
640             self.compute_value_for_scc(scc);
641         }
642
643         // Sort the applied member constraints so we can binary search
644         // through them later.
645         self.member_constraints_applied.sort_by_key(|applied| applied.member_region_scc);
646     }
647
648     /// Computes the value of the SCC `scc_a`, which has not yet been
649     /// computed, by unioning the values of its successors.
650     /// Assumes that all successors have been computed already
651     /// (which is assured by iterating over SCCs in dependency order).
652     #[instrument(skip(self), level = "debug")]
653     fn compute_value_for_scc(&mut self, scc_a: ConstraintSccIndex) {
654         let constraint_sccs = self.constraint_sccs.clone();
655
656         // Walk each SCC `B` such that `A: B`...
657         for &scc_b in constraint_sccs.successors(scc_a) {
658             debug!(?scc_b);
659
660             // ...and add elements from `B` into `A`. One complication
661             // arises because of universes: If `B` contains something
662             // that `A` cannot name, then `A` can only contain `B` if
663             // it outlives static.
664             if self.universe_compatible(scc_b, scc_a) {
665                 // `A` can name everything that is in `B`, so just
666                 // merge the bits.
667                 self.scc_values.add_region(scc_a, scc_b);
668             } else {
669                 self.add_incompatible_universe(scc_a);
670             }
671         }
672
673         // Now take member constraints into account.
674         let member_constraints = self.member_constraints.clone();
675         for m_c_i in member_constraints.indices(scc_a) {
676             self.apply_member_constraint(scc_a, m_c_i, member_constraints.choice_regions(m_c_i));
677         }
678
679         debug!(value = ?self.scc_values.region_value_str(scc_a));
680     }
681
682     /// Invoked for each `R0 member of [R1..Rn]` constraint.
683     ///
684     /// `scc` is the SCC containing R0, and `choice_regions` are the
685     /// `R1..Rn` regions -- they are always known to be universal
686     /// regions (and if that's not true, we just don't attempt to
687     /// enforce the constraint).
688     ///
689     /// The current value of `scc` at the time the method is invoked
690     /// is considered a *lower bound*.  If possible, we will modify
691     /// the constraint to set it equal to one of the option regions.
692     /// If we make any changes, returns true, else false.
693     #[instrument(skip(self, member_constraint_index), level = "debug")]
694     fn apply_member_constraint(
695         &mut self,
696         scc: ConstraintSccIndex,
697         member_constraint_index: NllMemberConstraintIndex,
698         choice_regions: &[ty::RegionVid],
699     ) -> bool {
700         // Create a mutable vector of the options. We'll try to winnow
701         // them down.
702         let mut choice_regions: Vec<ty::RegionVid> = choice_regions.to_vec();
703
704         // Convert to the SCC representative: sometimes we have inference
705         // variables in the member constraint that wind up equated with
706         // universal regions. The scc representative is the minimal numbered
707         // one from the corresponding scc so it will be the universal region
708         // if one exists.
709         for c_r in &mut choice_regions {
710             let scc = self.constraint_sccs.scc(*c_r);
711             *c_r = self.scc_representatives[scc];
712         }
713
714         // The 'member region' in a member constraint is part of the
715         // hidden type, which must be in the root universe. Therefore,
716         // it cannot have any placeholders in its value.
717         assert!(self.scc_universes[scc] == ty::UniverseIndex::ROOT);
718         debug_assert!(
719             self.scc_values.placeholders_contained_in(scc).next().is_none(),
720             "scc {:?} in a member constraint has placeholder value: {:?}",
721             scc,
722             self.scc_values.region_value_str(scc),
723         );
724
725         // The existing value for `scc` is a lower-bound. This will
726         // consist of some set `{P} + {LB}` of points `{P}` and
727         // lower-bound free regions `{LB}`. As each choice region `O`
728         // is a free region, it will outlive the points. But we can
729         // only consider the option `O` if `O: LB`.
730         choice_regions.retain(|&o_r| {
731             self.scc_values
732                 .universal_regions_outlived_by(scc)
733                 .all(|lb| self.universal_region_relations.outlives(o_r, lb))
734         });
735         debug!(?choice_regions, "after lb");
736
737         // Now find all the *upper bounds* -- that is, each UB is a
738         // free region that must outlive the member region `R0` (`UB:
739         // R0`). Therefore, we need only keep an option `O` if `UB: O`
740         // for all UB.
741         let rev_scc_graph = self.reverse_scc_graph();
742         let universal_region_relations = &self.universal_region_relations;
743         for ub in rev_scc_graph.upper_bounds(scc) {
744             debug!(?ub);
745             choice_regions.retain(|&o_r| universal_region_relations.outlives(ub, o_r));
746         }
747         debug!(?choice_regions, "after ub");
748
749         // If we ruled everything out, we're done.
750         if choice_regions.is_empty() {
751             return false;
752         }
753
754         // Otherwise, we need to find the minimum remaining choice, if
755         // any, and take that.
756         debug!("choice_regions remaining are {:#?}", choice_regions);
757         let min = |r1: ty::RegionVid, r2: ty::RegionVid| -> Option<ty::RegionVid> {
758             let r1_outlives_r2 = self.universal_region_relations.outlives(r1, r2);
759             let r2_outlives_r1 = self.universal_region_relations.outlives(r2, r1);
760             match (r1_outlives_r2, r2_outlives_r1) {
761                 (true, true) => Some(r1.min(r2)),
762                 (true, false) => Some(r2),
763                 (false, true) => Some(r1),
764                 (false, false) => None,
765             }
766         };
767         let mut min_choice = choice_regions[0];
768         for &other_option in &choice_regions[1..] {
769             debug!(?min_choice, ?other_option,);
770             match min(min_choice, other_option) {
771                 Some(m) => min_choice = m,
772                 None => {
773                     debug!(?min_choice, ?other_option, "incomparable; no min choice",);
774                     return false;
775                 }
776             }
777         }
778
779         let min_choice_scc = self.constraint_sccs.scc(min_choice);
780         debug!(?min_choice, ?min_choice_scc);
781         if self.scc_values.add_region(scc, min_choice_scc) {
782             self.member_constraints_applied.push(AppliedMemberConstraint {
783                 member_region_scc: scc,
784                 min_choice,
785                 member_constraint_index,
786             });
787
788             true
789         } else {
790             false
791         }
792     }
793
794     /// Returns `true` if all the elements in the value of `scc_b` are nameable
795     /// in `scc_a`. Used during constraint propagation, and only once
796     /// the value of `scc_b` has been computed.
797     fn universe_compatible(&self, scc_b: ConstraintSccIndex, scc_a: ConstraintSccIndex) -> bool {
798         let universe_a = self.scc_universes[scc_a];
799
800         // Quick check: if scc_b's declared universe is a subset of
801         // scc_a's declared universe (typically, both are ROOT), then
802         // it cannot contain any problematic universe elements.
803         if universe_a.can_name(self.scc_universes[scc_b]) {
804             return true;
805         }
806
807         // Otherwise, we have to iterate over the universe elements in
808         // B's value, and check whether all of them are nameable
809         // from universe_a
810         self.scc_values.placeholders_contained_in(scc_b).all(|p| universe_a.can_name(p.universe))
811     }
812
813     /// Extend `scc` so that it can outlive some placeholder region
814     /// from a universe it can't name; at present, the only way for
815     /// this to be true is if `scc` outlives `'static`. This is
816     /// actually stricter than necessary: ideally, we'd support bounds
817     /// like `for<'a: 'b`>` that might then allow us to approximate
818     /// `'a` with `'b` and not `'static`. But it will have to do for
819     /// now.
820     fn add_incompatible_universe(&mut self, scc: ConstraintSccIndex) {
821         debug!("add_incompatible_universe(scc={:?})", scc);
822
823         let fr_static = self.universal_regions.fr_static;
824         self.scc_values.add_all_points(scc);
825         self.scc_values.add_element(scc, fr_static);
826     }
827
828     /// Once regions have been propagated, this method is used to see
829     /// whether the "type tests" produced by typeck were satisfied;
830     /// type tests encode type-outlives relationships like `T:
831     /// 'a`. See `TypeTest` for more details.
832     fn check_type_tests(
833         &self,
834         infcx: &InferCtxt<'_, 'tcx>,
835         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
836         body: &Body<'tcx>,
837         mut propagated_outlives_requirements: Option<&mut Vec<ClosureOutlivesRequirement<'tcx>>>,
838         errors_buffer: &mut RegionErrors<'tcx>,
839     ) {
840         let tcx = infcx.tcx;
841
842         // Sometimes we register equivalent type-tests that would
843         // result in basically the exact same error being reported to
844         // the user. Avoid that.
845         let mut deduplicate_errors = FxHashSet::default();
846
847         for type_test in &self.type_tests {
848             debug!("check_type_test: {:?}", type_test);
849
850             let generic_ty = type_test.generic_kind.to_ty(tcx);
851             if self.eval_verify_bound(
852                 infcx,
853                 param_env,
854                 body,
855                 generic_ty,
856                 type_test.lower_bound,
857                 &type_test.verify_bound,
858             ) {
859                 continue;
860             }
861
862             if let Some(propagated_outlives_requirements) = &mut propagated_outlives_requirements {
863                 if self.try_promote_type_test(
864                     infcx,
865                     param_env,
866                     body,
867                     type_test,
868                     propagated_outlives_requirements,
869                 ) {
870                     continue;
871                 }
872             }
873
874             // Type-test failed. Report the error.
875             let erased_generic_kind = infcx.tcx.erase_regions(type_test.generic_kind);
876
877             // Skip duplicate-ish errors.
878             if deduplicate_errors.insert((
879                 erased_generic_kind,
880                 type_test.lower_bound,
881                 type_test.locations,
882             )) {
883                 debug!(
884                     "check_type_test: reporting error for erased_generic_kind={:?}, \
885                      lower_bound_region={:?}, \
886                      type_test.locations={:?}",
887                     erased_generic_kind, type_test.lower_bound, type_test.locations,
888                 );
889
890                 errors_buffer.push(RegionErrorKind::TypeTestError { type_test: type_test.clone() });
891             }
892         }
893     }
894
895     /// Invoked when we have some type-test (e.g., `T: 'X`) that we cannot
896     /// prove to be satisfied. If this is a closure, we will attempt to
897     /// "promote" this type-test into our `ClosureRegionRequirements` and
898     /// hence pass it up the creator. To do this, we have to phrase the
899     /// type-test in terms of external free regions, as local free
900     /// regions are not nameable by the closure's creator.
901     ///
902     /// Promotion works as follows: we first check that the type `T`
903     /// contains only regions that the creator knows about. If this is
904     /// true, then -- as a consequence -- we know that all regions in
905     /// the type `T` are free regions that outlive the closure body. If
906     /// false, then promotion fails.
907     ///
908     /// Once we've promoted T, we have to "promote" `'X` to some region
909     /// that is "external" to the closure. Generally speaking, a region
910     /// may be the union of some points in the closure body as well as
911     /// various free lifetimes. We can ignore the points in the closure
912     /// body: if the type T can be expressed in terms of external regions,
913     /// we know it outlives the points in the closure body. That
914     /// just leaves the free regions.
915     ///
916     /// The idea then is to lower the `T: 'X` constraint into multiple
917     /// bounds -- e.g., if `'X` is the union of two free lifetimes,
918     /// `'1` and `'2`, then we would create `T: '1` and `T: '2`.
919     fn try_promote_type_test(
920         &self,
921         infcx: &InferCtxt<'_, 'tcx>,
922         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
923         body: &Body<'tcx>,
924         type_test: &TypeTest<'tcx>,
925         propagated_outlives_requirements: &mut Vec<ClosureOutlivesRequirement<'tcx>>,
926     ) -> bool {
927         let tcx = infcx.tcx;
928
929         let TypeTest { generic_kind, lower_bound, locations, verify_bound: _ } = type_test;
930
931         let generic_ty = generic_kind.to_ty(tcx);
932         let Some(subject) = self.try_promote_type_test_subject(infcx, generic_ty) else {
933             return false;
934         };
935
936         // For each region outlived by lower_bound find a non-local,
937         // universal region (it may be the same region) and add it to
938         // `ClosureOutlivesRequirement`.
939         let r_scc = self.constraint_sccs.scc(*lower_bound);
940         for ur in self.scc_values.universal_regions_outlived_by(r_scc) {
941             // Check whether we can already prove that the "subject" outlives `ur`.
942             // If so, we don't have to propagate this requirement to our caller.
943             //
944             // To continue the example from the function, if we are trying to promote
945             // a requirement that `T: 'X`, and we know that `'X = '1 + '2` (i.e., the union
946             // `'1` and `'2`), then in this loop `ur` will be `'1` (and `'2`). So here
947             // we check whether `T: '1` is something we *can* prove. If so, no need
948             // to propagate that requirement.
949             //
950             // This is needed because -- particularly in the case
951             // where `ur` is a local bound -- we are sometimes in a
952             // position to prove things that our caller cannot.  See
953             // #53570 for an example.
954             if self.eval_verify_bound(
955                 infcx,
956                 param_env,
957                 body,
958                 generic_ty,
959                 ur,
960                 &type_test.verify_bound,
961             ) {
962                 continue;
963             }
964
965             debug!("try_promote_type_test: ur={:?}", ur);
966
967             let non_local_ub = self.universal_region_relations.non_local_upper_bounds(ur);
968             debug!("try_promote_type_test: non_local_ub={:?}", non_local_ub);
969
970             // This is slightly too conservative. To show T: '1, given `'2: '1`
971             // and `'3: '1` we only need to prove that T: '2 *or* T: '3, but to
972             // avoid potential non-determinism we approximate this by requiring
973             // T: '1 and T: '2.
974             for upper_bound in non_local_ub {
975                 debug_assert!(self.universal_regions.is_universal_region(upper_bound));
976                 debug_assert!(!self.universal_regions.is_local_free_region(upper_bound));
977
978                 let requirement = ClosureOutlivesRequirement {
979                     subject,
980                     outlived_free_region: upper_bound,
981                     blame_span: locations.span(body),
982                     category: ConstraintCategory::Boring,
983                 };
984                 debug!("try_promote_type_test: pushing {:#?}", requirement);
985                 propagated_outlives_requirements.push(requirement);
986             }
987         }
988         true
989     }
990
991     /// When we promote a type test `T: 'r`, we have to convert the
992     /// type `T` into something we can store in a query result (so
993     /// something allocated for `'tcx`). This is problematic if `ty`
994     /// contains regions. During the course of NLL region checking, we
995     /// will have replaced all of those regions with fresh inference
996     /// variables. To create a test subject, we want to replace those
997     /// inference variables with some region from the closure
998     /// signature -- this is not always possible, so this is a
999     /// fallible process. Presuming we do find a suitable region, we
1000     /// will use it's *external name*, which will be a `RegionKind`
1001     /// variant that can be used in query responses such as
1002     /// `ReEarlyBound`.
1003     fn try_promote_type_test_subject(
1004         &self,
1005         infcx: &InferCtxt<'_, 'tcx>,
1006         ty: Ty<'tcx>,
1007     ) -> Option<ClosureOutlivesSubject<'tcx>> {
1008         let tcx = infcx.tcx;
1009
1010         debug!("try_promote_type_test_subject(ty = {:?})", ty);
1011
1012         let ty = tcx.fold_regions(ty, |r, _depth| {
1013             let region_vid = self.to_region_vid(r);
1014
1015             // The challenge if this. We have some region variable `r`
1016             // whose value is a set of CFG points and universal
1017             // regions. We want to find if that set is *equivalent* to
1018             // any of the named regions found in the closure.
1019             //
1020             // To do so, we compute the
1021             // `non_local_universal_upper_bound`. This will be a
1022             // non-local, universal region that is greater than `r`.
1023             // However, it might not be *contained* within `r`, so
1024             // then we further check whether this bound is contained
1025             // in `r`. If so, we can say that `r` is equivalent to the
1026             // bound.
1027             //
1028             // Let's work through a few examples. For these, imagine
1029             // that we have 3 non-local regions (I'll denote them as
1030             // `'static`, `'a`, and `'b`, though of course in the code
1031             // they would be represented with indices) where:
1032             //
1033             // - `'static: 'a`
1034             // - `'static: 'b`
1035             //
1036             // First, let's assume that `r` is some existential
1037             // variable with an inferred value `{'a, 'static}` (plus
1038             // some CFG nodes). In this case, the non-local upper
1039             // bound is `'static`, since that outlives `'a`. `'static`
1040             // is also a member of `r` and hence we consider `r`
1041             // equivalent to `'static` (and replace it with
1042             // `'static`).
1043             //
1044             // Now let's consider the inferred value `{'a, 'b}`. This
1045             // means `r` is effectively `'a | 'b`. I'm not sure if
1046             // this can come about, actually, but assuming it did, we
1047             // would get a non-local upper bound of `'static`. Since
1048             // `'static` is not contained in `r`, we would fail to
1049             // find an equivalent.
1050             let upper_bound = self.non_local_universal_upper_bound(region_vid);
1051             if self.region_contains(region_vid, upper_bound) {
1052                 self.definitions[upper_bound].external_name.unwrap_or(r)
1053             } else {
1054                 // In the case of a failure, use a `ReVar` result. This will
1055                 // cause the `needs_infer` later on to return `None`.
1056                 r
1057             }
1058         });
1059
1060         debug!("try_promote_type_test_subject: folded ty = {:?}", ty);
1061
1062         // `needs_infer` will only be true if we failed to promote some region.
1063         if ty.needs_infer() {
1064             return None;
1065         }
1066
1067         Some(ClosureOutlivesSubject::Ty(ty))
1068     }
1069
1070     /// Given some universal or existential region `r`, finds a
1071     /// non-local, universal region `r+` that outlives `r` at entry to (and
1072     /// exit from) the closure. In the worst case, this will be
1073     /// `'static`.
1074     ///
1075     /// This is used for two purposes. First, if we are propagated
1076     /// some requirement `T: r`, we can use this method to enlarge `r`
1077     /// to something we can encode for our creator (which only knows
1078     /// about non-local, universal regions). It is also used when
1079     /// encoding `T` as part of `try_promote_type_test_subject` (see
1080     /// that fn for details).
1081     ///
1082     /// This is based on the result `'y` of `universal_upper_bound`,
1083     /// except that it converts further takes the non-local upper
1084     /// bound of `'y`, so that the final result is non-local.
1085     fn non_local_universal_upper_bound(&self, r: RegionVid) -> RegionVid {
1086         debug!("non_local_universal_upper_bound(r={:?}={})", r, self.region_value_str(r));
1087
1088         let lub = self.universal_upper_bound(r);
1089
1090         // Grow further to get smallest universal region known to
1091         // creator.
1092         let non_local_lub = self.universal_region_relations.non_local_upper_bound(lub);
1093
1094         debug!("non_local_universal_upper_bound: non_local_lub={:?}", non_local_lub);
1095
1096         non_local_lub
1097     }
1098
1099     /// Returns a universally quantified region that outlives the
1100     /// value of `r` (`r` may be existentially or universally
1101     /// quantified).
1102     ///
1103     /// Since `r` is (potentially) an existential region, it has some
1104     /// value which may include (a) any number of points in the CFG
1105     /// and (b) any number of `end('x)` elements of universally
1106     /// quantified regions. To convert this into a single universal
1107     /// region we do as follows:
1108     ///
1109     /// - Ignore the CFG points in `'r`. All universally quantified regions
1110     ///   include the CFG anyhow.
1111     /// - For each `end('x)` element in `'r`, compute the mutual LUB, yielding
1112     ///   a result `'y`.
1113     #[instrument(skip(self), level = "debug")]
1114     pub(crate) fn universal_upper_bound(&self, r: RegionVid) -> RegionVid {
1115         debug!(r = %self.region_value_str(r));
1116
1117         // Find the smallest universal region that contains all other
1118         // universal regions within `region`.
1119         let mut lub = self.universal_regions.fr_fn_body;
1120         let r_scc = self.constraint_sccs.scc(r);
1121         for ur in self.scc_values.universal_regions_outlived_by(r_scc) {
1122             lub = self.universal_region_relations.postdom_upper_bound(lub, ur);
1123         }
1124
1125         debug!(?lub);
1126
1127         lub
1128     }
1129
1130     /// Like `universal_upper_bound`, but returns an approximation more suitable
1131     /// for diagnostics. If `r` contains multiple disjoint universal regions
1132     /// (e.g. 'a and 'b in `fn foo<'a, 'b> { ... }`, we pick the lower-numbered region.
1133     /// This corresponds to picking named regions over unnamed regions
1134     /// (e.g. picking early-bound regions over a closure late-bound region).
1135     ///
1136     /// This means that the returned value may not be a true upper bound, since
1137     /// only 'static is known to outlive disjoint universal regions.
1138     /// Therefore, this method should only be used in diagnostic code,
1139     /// where displaying *some* named universal region is better than
1140     /// falling back to 'static.
1141     pub(crate) fn approx_universal_upper_bound(&self, r: RegionVid) -> RegionVid {
1142         debug!("approx_universal_upper_bound(r={:?}={})", r, self.region_value_str(r));
1143
1144         // Find the smallest universal region that contains all other
1145         // universal regions within `region`.
1146         let mut lub = self.universal_regions.fr_fn_body;
1147         let r_scc = self.constraint_sccs.scc(r);
1148         let static_r = self.universal_regions.fr_static;
1149         for ur in self.scc_values.universal_regions_outlived_by(r_scc) {
1150             let new_lub = self.universal_region_relations.postdom_upper_bound(lub, ur);
1151             debug!("approx_universal_upper_bound: ur={:?} lub={:?} new_lub={:?}", ur, lub, new_lub);
1152             // The upper bound of two non-static regions is static: this
1153             // means we know nothing about the relationship between these
1154             // two regions. Pick a 'better' one to use when constructing
1155             // a diagnostic
1156             if ur != static_r && lub != static_r && new_lub == static_r {
1157                 // Prefer the region with an `external_name` - this
1158                 // indicates that the region is early-bound, so working with
1159                 // it can produce a nicer error.
1160                 if self.region_definition(ur).external_name.is_some() {
1161                     lub = ur;
1162                 } else if self.region_definition(lub).external_name.is_some() {
1163                     // Leave lub unchanged
1164                 } else {
1165                     // If we get here, we don't have any reason to prefer
1166                     // one region over the other. Just pick the
1167                     // one with the lower index for now.
1168                     lub = std::cmp::min(ur, lub);
1169                 }
1170             } else {
1171                 lub = new_lub;
1172             }
1173         }
1174
1175         debug!("approx_universal_upper_bound: r={:?} lub={:?}", r, lub);
1176
1177         lub
1178     }
1179
1180     /// Tests if `test` is true when applied to `lower_bound` at
1181     /// `point`.
1182     fn eval_verify_bound(
1183         &self,
1184         infcx: &InferCtxt<'_, 'tcx>,
1185         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1186         body: &Body<'tcx>,
1187         generic_ty: Ty<'tcx>,
1188         lower_bound: RegionVid,
1189         verify_bound: &VerifyBound<'tcx>,
1190     ) -> bool {
1191         debug!("eval_verify_bound(lower_bound={:?}, verify_bound={:?})", lower_bound, verify_bound);
1192
1193         match verify_bound {
1194             VerifyBound::IfEq(verify_if_eq_b) => {
1195                 self.eval_if_eq(infcx, param_env, generic_ty, lower_bound, *verify_if_eq_b)
1196             }
1197
1198             VerifyBound::IsEmpty => {
1199                 let lower_bound_scc = self.constraint_sccs.scc(lower_bound);
1200                 self.scc_values.elements_contained_in(lower_bound_scc).next().is_none()
1201             }
1202
1203             VerifyBound::OutlivedBy(r) => {
1204                 let r_vid = self.to_region_vid(*r);
1205                 self.eval_outlives(r_vid, lower_bound)
1206             }
1207
1208             VerifyBound::AnyBound(verify_bounds) => verify_bounds.iter().any(|verify_bound| {
1209                 self.eval_verify_bound(
1210                     infcx,
1211                     param_env,
1212                     body,
1213                     generic_ty,
1214                     lower_bound,
1215                     verify_bound,
1216                 )
1217             }),
1218
1219             VerifyBound::AllBounds(verify_bounds) => verify_bounds.iter().all(|verify_bound| {
1220                 self.eval_verify_bound(
1221                     infcx,
1222                     param_env,
1223                     body,
1224                     generic_ty,
1225                     lower_bound,
1226                     verify_bound,
1227                 )
1228             }),
1229         }
1230     }
1231
1232     fn eval_if_eq(
1233         &self,
1234         infcx: &InferCtxt<'_, 'tcx>,
1235         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1236         generic_ty: Ty<'tcx>,
1237         lower_bound: RegionVid,
1238         verify_if_eq_b: ty::Binder<'tcx, VerifyIfEq<'tcx>>,
1239     ) -> bool {
1240         let generic_ty = self.normalize_to_scc_representatives(infcx.tcx, generic_ty);
1241         let verify_if_eq_b = self.normalize_to_scc_representatives(infcx.tcx, verify_if_eq_b);
1242         match test_type_match::extract_verify_if_eq(
1243             infcx.tcx,
1244             param_env,
1245             &verify_if_eq_b,
1246             generic_ty,
1247         ) {
1248             Some(r) => {
1249                 let r_vid = self.to_region_vid(r);
1250                 self.eval_outlives(r_vid, lower_bound)
1251             }
1252             None => false,
1253         }
1254     }
1255
1256     /// This is a conservative normalization procedure. It takes every
1257     /// free region in `value` and replaces it with the
1258     /// "representative" of its SCC (see `scc_representatives` field).
1259     /// We are guaranteed that if two values normalize to the same
1260     /// thing, then they are equal; this is a conservative check in
1261     /// that they could still be equal even if they normalize to
1262     /// different results. (For example, there might be two regions
1263     /// with the same value that are not in the same SCC).
1264     ///
1265     /// N.B., this is not an ideal approach and I would like to revisit
1266     /// it. However, it works pretty well in practice. In particular,
1267     /// this is needed to deal with projection outlives bounds like
1268     ///
1269     /// ```text
1270     /// <T as Foo<'0>>::Item: '1
1271     /// ```
1272     ///
1273     /// In particular, this routine winds up being important when
1274     /// there are bounds like `where <T as Foo<'a>>::Item: 'b` in the
1275     /// environment. In this case, if we can show that `'0 == 'a`,
1276     /// and that `'b: '1`, then we know that the clause is
1277     /// satisfied. In such cases, particularly due to limitations of
1278     /// the trait solver =), we usually wind up with a where-clause like
1279     /// `T: Foo<'a>` in scope, which thus forces `'0 == 'a` to be added as
1280     /// a constraint, and thus ensures that they are in the same SCC.
1281     ///
1282     /// So why can't we do a more correct routine? Well, we could
1283     /// *almost* use the `relate_tys` code, but the way it is
1284     /// currently setup it creates inference variables to deal with
1285     /// higher-ranked things and so forth, and right now the inference
1286     /// context is not permitted to make more inference variables. So
1287     /// we use this kind of hacky solution.
1288     fn normalize_to_scc_representatives<T>(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, value: T) -> T
1289     where
1290         T: TypeFoldable<'tcx>,
1291     {
1292         tcx.fold_regions(value, |r, _db| {
1293             let vid = self.to_region_vid(r);
1294             let scc = self.constraint_sccs.scc(vid);
1295             let repr = self.scc_representatives[scc];
1296             tcx.mk_region(ty::ReVar(repr))
1297         })
1298     }
1299
1300     // Evaluate whether `sup_region == sub_region`.
1301     fn eval_equal(&self, r1: RegionVid, r2: RegionVid) -> bool {
1302         self.eval_outlives(r1, r2) && self.eval_outlives(r2, r1)
1303     }
1304
1305     // Evaluate whether `sup_region: sub_region`.
1306     #[instrument(skip(self), level = "debug")]
1307     fn eval_outlives(&self, sup_region: RegionVid, sub_region: RegionVid) -> bool {
1308         debug!(
1309             "eval_outlives: sup_region's value = {:?} universal={:?}",
1310             self.region_value_str(sup_region),
1311             self.universal_regions.is_universal_region(sup_region),
1312         );
1313         debug!(
1314             "eval_outlives: sub_region's value = {:?} universal={:?}",
1315             self.region_value_str(sub_region),
1316             self.universal_regions.is_universal_region(sub_region),
1317         );
1318
1319         let sub_region_scc = self.constraint_sccs.scc(sub_region);
1320         let sup_region_scc = self.constraint_sccs.scc(sup_region);
1321
1322         // If we are checking that `'sup: 'sub`, and `'sub` contains
1323         // some placeholder that `'sup` cannot name, then this is only
1324         // true if `'sup` outlives static.
1325         if !self.universe_compatible(sub_region_scc, sup_region_scc) {
1326             debug!(
1327                 "eval_outlives: sub universe `{sub_region_scc:?}` is not nameable \
1328                 by super `{sup_region_scc:?}`, promoting to static",
1329             );
1330
1331             return self.eval_outlives(sup_region, self.universal_regions.fr_static);
1332         }
1333
1334         // Both the `sub_region` and `sup_region` consist of the union
1335         // of some number of universal regions (along with the union
1336         // of various points in the CFG; ignore those points for
1337         // now). Therefore, the sup-region outlives the sub-region if,
1338         // for each universal region R1 in the sub-region, there
1339         // exists some region R2 in the sup-region that outlives R1.
1340         let universal_outlives =
1341             self.scc_values.universal_regions_outlived_by(sub_region_scc).all(|r1| {
1342                 self.scc_values
1343                     .universal_regions_outlived_by(sup_region_scc)
1344                     .any(|r2| self.universal_region_relations.outlives(r2, r1))
1345             });
1346
1347         if !universal_outlives {
1348             debug!(
1349                 "eval_outlives: returning false because sub region contains a universal region not present in super"
1350             );
1351             return false;
1352         }
1353
1354         // Now we have to compare all the points in the sub region and make
1355         // sure they exist in the sup region.
1356
1357         if self.universal_regions.is_universal_region(sup_region) {
1358             // Micro-opt: universal regions contain all points.
1359             debug!(
1360                 "eval_outlives: returning true because super is universal and hence contains all points"
1361             );
1362             return true;
1363         }
1364
1365         let result = self.scc_values.contains_points(sup_region_scc, sub_region_scc);
1366         debug!("returning {} because of comparison between points in sup/sub", result);
1367         result
1368     }
1369
1370     /// Once regions have been propagated, this method is used to see
1371     /// whether any of the constraints were too strong. In particular,
1372     /// we want to check for a case where a universally quantified
1373     /// region exceeded its bounds. Consider:
1374     /// ```compile_fail,E0312
1375     /// fn foo<'a, 'b>(x: &'a u32) -> &'b u32 { x }
1376     /// ```
1377     /// In this case, returning `x` requires `&'a u32 <: &'b u32`
1378     /// and hence we establish (transitively) a constraint that
1379     /// `'a: 'b`. The `propagate_constraints` code above will
1380     /// therefore add `end('a)` into the region for `'b` -- but we
1381     /// have no evidence that `'b` outlives `'a`, so we want to report
1382     /// an error.
1383     ///
1384     /// If `propagated_outlives_requirements` is `Some`, then we will
1385     /// push unsatisfied obligations into there. Otherwise, we'll
1386     /// report them as errors.
1387     fn check_universal_regions(
1388         &self,
1389         body: &Body<'tcx>,
1390         mut propagated_outlives_requirements: Option<&mut Vec<ClosureOutlivesRequirement<'tcx>>>,
1391         errors_buffer: &mut RegionErrors<'tcx>,
1392     ) {
1393         for (fr, fr_definition) in self.definitions.iter_enumerated() {
1394             match fr_definition.origin {
1395                 NllRegionVariableOrigin::FreeRegion => {
1396                     // Go through each of the universal regions `fr` and check that
1397                     // they did not grow too large, accumulating any requirements
1398                     // for our caller into the `outlives_requirements` vector.
1399                     self.check_universal_region(
1400                         body,
1401                         fr,
1402                         &mut propagated_outlives_requirements,
1403                         errors_buffer,
1404                     );
1405                 }
1406
1407                 NllRegionVariableOrigin::Placeholder(placeholder) => {
1408                     self.check_bound_universal_region(fr, placeholder, errors_buffer);
1409                 }
1410
1411                 NllRegionVariableOrigin::RootEmptyRegion
1412                 | NllRegionVariableOrigin::Existential { .. } => {
1413                     // nothing to check here
1414                 }
1415             }
1416         }
1417     }
1418
1419     /// Checks if Polonius has found any unexpected free region relations.
1420     ///
1421     /// In Polonius terms, a "subset error" (or "illegal subset relation error") is the equivalent
1422     /// of NLL's "checking if any region constraints were too strong": a placeholder origin `'a`
1423     /// was unexpectedly found to be a subset of another placeholder origin `'b`, and means in NLL
1424     /// terms that the "longer free region" `'a` outlived the "shorter free region" `'b`.
1425     ///
1426     /// More details can be found in this blog post by Niko:
1427     /// <https://smallcultfollowing.com/babysteps/blog/2019/01/17/polonius-and-region-errors/>
1428     ///
1429     /// In the canonical example
1430     /// ```compile_fail,E0312
1431     /// fn foo<'a, 'b>(x: &'a u32) -> &'b u32 { x }
1432     /// ```
1433     /// returning `x` requires `&'a u32 <: &'b u32` and hence we establish (transitively) a
1434     /// constraint that `'a: 'b`. It is an error that we have no evidence that this
1435     /// constraint holds.
1436     ///
1437     /// If `propagated_outlives_requirements` is `Some`, then we will
1438     /// push unsatisfied obligations into there. Otherwise, we'll
1439     /// report them as errors.
1440     fn check_polonius_subset_errors(
1441         &self,
1442         body: &Body<'tcx>,
1443         mut propagated_outlives_requirements: Option<&mut Vec<ClosureOutlivesRequirement<'tcx>>>,
1444         errors_buffer: &mut RegionErrors<'tcx>,
1445         polonius_output: Rc<PoloniusOutput>,
1446     ) {
1447         debug!(
1448             "check_polonius_subset_errors: {} subset_errors",
1449             polonius_output.subset_errors.len()
1450         );
1451
1452         // Similarly to `check_universal_regions`: a free region relation, which was not explicitly
1453         // declared ("known") was found by Polonius, so emit an error, or propagate the
1454         // requirements for our caller into the `propagated_outlives_requirements` vector.
1455         //
1456         // Polonius doesn't model regions ("origins") as CFG-subsets or durations, but the
1457         // `longer_fr` and `shorter_fr` terminology will still be used here, for consistency with
1458         // the rest of the NLL infrastructure. The "subset origin" is the "longer free region",
1459         // and the "superset origin" is the outlived "shorter free region".
1460         //
1461         // Note: Polonius will produce a subset error at every point where the unexpected
1462         // `longer_fr`'s "placeholder loan" is contained in the `shorter_fr`. This can be helpful
1463         // for diagnostics in the future, e.g. to point more precisely at the key locations
1464         // requiring this constraint to hold. However, the error and diagnostics code downstream
1465         // expects that these errors are not duplicated (and that they are in a certain order).
1466         // Otherwise, diagnostics messages such as the ones giving names like `'1` to elided or
1467         // anonymous lifetimes for example, could give these names differently, while others like
1468         // the outlives suggestions or the debug output from `#[rustc_regions]` would be
1469         // duplicated. The polonius subset errors are deduplicated here, while keeping the
1470         // CFG-location ordering.
1471         let mut subset_errors: Vec<_> = polonius_output
1472             .subset_errors
1473             .iter()
1474             .flat_map(|(_location, subset_errors)| subset_errors.iter())
1475             .collect();
1476         subset_errors.sort();
1477         subset_errors.dedup();
1478
1479         for (longer_fr, shorter_fr) in subset_errors.into_iter() {
1480             debug!(
1481                 "check_polonius_subset_errors: subset_error longer_fr={:?},\
1482                  shorter_fr={:?}",
1483                 longer_fr, shorter_fr
1484             );
1485
1486             let propagated = self.try_propagate_universal_region_error(
1487                 *longer_fr,
1488                 *shorter_fr,
1489                 body,
1490                 &mut propagated_outlives_requirements,
1491             );
1492             if propagated == RegionRelationCheckResult::Error {
1493                 errors_buffer.push(RegionErrorKind::RegionError {
1494                     longer_fr: *longer_fr,
1495                     shorter_fr: *shorter_fr,
1496                     fr_origin: NllRegionVariableOrigin::FreeRegion,
1497                     is_reported: true,
1498                 });
1499             }
1500         }
1501
1502         // Handle the placeholder errors as usual, until the chalk-rustc-polonius triumvirate has
1503         // a more complete picture on how to separate this responsibility.
1504         for (fr, fr_definition) in self.definitions.iter_enumerated() {
1505             match fr_definition.origin {
1506                 NllRegionVariableOrigin::FreeRegion => {
1507                     // handled by polonius above
1508                 }
1509
1510                 NllRegionVariableOrigin::Placeholder(placeholder) => {
1511                     self.check_bound_universal_region(fr, placeholder, errors_buffer);
1512                 }
1513
1514                 NllRegionVariableOrigin::RootEmptyRegion
1515                 | NllRegionVariableOrigin::Existential { .. } => {
1516                     // nothing to check here
1517                 }
1518             }
1519         }
1520     }
1521
1522     /// Checks the final value for the free region `fr` to see if it
1523     /// grew too large. In particular, examine what `end(X)` points
1524     /// wound up in `fr`'s final value; for each `end(X)` where `X !=
1525     /// fr`, we want to check that `fr: X`. If not, that's either an
1526     /// error, or something we have to propagate to our creator.
1527     ///
1528     /// Things that are to be propagated are accumulated into the
1529     /// `outlives_requirements` vector.
1530     #[instrument(
1531         skip(self, body, propagated_outlives_requirements, errors_buffer),
1532         level = "debug"
1533     )]
1534     fn check_universal_region(
1535         &self,
1536         body: &Body<'tcx>,
1537         longer_fr: RegionVid,
1538         propagated_outlives_requirements: &mut Option<&mut Vec<ClosureOutlivesRequirement<'tcx>>>,
1539         errors_buffer: &mut RegionErrors<'tcx>,
1540     ) {
1541         let longer_fr_scc = self.constraint_sccs.scc(longer_fr);
1542
1543         // Because this free region must be in the ROOT universe, we
1544         // know it cannot contain any bound universes.
1545         assert!(self.scc_universes[longer_fr_scc] == ty::UniverseIndex::ROOT);
1546         debug_assert!(self.scc_values.placeholders_contained_in(longer_fr_scc).next().is_none());
1547
1548         // Only check all of the relations for the main representative of each
1549         // SCC, otherwise just check that we outlive said representative. This
1550         // reduces the number of redundant relations propagated out of
1551         // closures.
1552         // Note that the representative will be a universal region if there is
1553         // one in this SCC, so we will always check the representative here.
1554         let representative = self.scc_representatives[longer_fr_scc];
1555         if representative != longer_fr {
1556             if let RegionRelationCheckResult::Error = self.check_universal_region_relation(
1557                 longer_fr,
1558                 representative,
1559                 body,
1560                 propagated_outlives_requirements,
1561             ) {
1562                 errors_buffer.push(RegionErrorKind::RegionError {
1563                     longer_fr,
1564                     shorter_fr: representative,
1565                     fr_origin: NllRegionVariableOrigin::FreeRegion,
1566                     is_reported: true,
1567                 });
1568             }
1569             return;
1570         }
1571
1572         // Find every region `o` such that `fr: o`
1573         // (because `fr` includes `end(o)`).
1574         let mut error_reported = false;
1575         for shorter_fr in self.scc_values.universal_regions_outlived_by(longer_fr_scc) {
1576             if let RegionRelationCheckResult::Error = self.check_universal_region_relation(
1577                 longer_fr,
1578                 shorter_fr,
1579                 body,
1580                 propagated_outlives_requirements,
1581             ) {
1582                 // We only report the first region error. Subsequent errors are hidden so as
1583                 // not to overwhelm the user, but we do record them so as to potentially print
1584                 // better diagnostics elsewhere...
1585                 errors_buffer.push(RegionErrorKind::RegionError {
1586                     longer_fr,
1587                     shorter_fr,
1588                     fr_origin: NllRegionVariableOrigin::FreeRegion,
1589                     is_reported: !error_reported,
1590                 });
1591
1592                 error_reported = true;
1593             }
1594         }
1595     }
1596
1597     /// Checks that we can prove that `longer_fr: shorter_fr`. If we can't we attempt to propagate
1598     /// the constraint outward (e.g. to a closure environment), but if that fails, there is an
1599     /// error.
1600     fn check_universal_region_relation(
1601         &self,
1602         longer_fr: RegionVid,
1603         shorter_fr: RegionVid,
1604         body: &Body<'tcx>,
1605         propagated_outlives_requirements: &mut Option<&mut Vec<ClosureOutlivesRequirement<'tcx>>>,
1606     ) -> RegionRelationCheckResult {
1607         // If it is known that `fr: o`, carry on.
1608         if self.universal_region_relations.outlives(longer_fr, shorter_fr) {
1609             RegionRelationCheckResult::Ok
1610         } else {
1611             // If we are not in a context where we can't propagate errors, or we
1612             // could not shrink `fr` to something smaller, then just report an
1613             // error.
1614             //
1615             // Note: in this case, we use the unapproximated regions to report the
1616             // error. This gives better error messages in some cases.
1617             self.try_propagate_universal_region_error(
1618                 longer_fr,
1619                 shorter_fr,
1620                 body,
1621                 propagated_outlives_requirements,
1622             )
1623         }
1624     }
1625
1626     /// Attempt to propagate a region error (e.g. `'a: 'b`) that is not met to a closure's
1627     /// creator. If we cannot, then the caller should report an error to the user.
1628     fn try_propagate_universal_region_error(
1629         &self,
1630         longer_fr: RegionVid,
1631         shorter_fr: RegionVid,
1632         body: &Body<'tcx>,
1633         propagated_outlives_requirements: &mut Option<&mut Vec<ClosureOutlivesRequirement<'tcx>>>,
1634     ) -> RegionRelationCheckResult {
1635         if let Some(propagated_outlives_requirements) = propagated_outlives_requirements {
1636             // Shrink `longer_fr` until we find a non-local region (if we do).
1637             // We'll call it `fr-` -- it's ever so slightly smaller than
1638             // `longer_fr`.
1639             if let Some(fr_minus) = self.universal_region_relations.non_local_lower_bound(longer_fr)
1640             {
1641                 debug!("try_propagate_universal_region_error: fr_minus={:?}", fr_minus);
1642
1643                 let blame_span_category = self.find_outlives_blame_span(
1644                     body,
1645                     longer_fr,
1646                     NllRegionVariableOrigin::FreeRegion,
1647                     shorter_fr,
1648                 );
1649
1650                 // Grow `shorter_fr` until we find some non-local regions. (We
1651                 // always will.)  We'll call them `shorter_fr+` -- they're ever
1652                 // so slightly larger than `shorter_fr`.
1653                 let shorter_fr_plus =
1654                     self.universal_region_relations.non_local_upper_bounds(shorter_fr);
1655                 debug!(
1656                     "try_propagate_universal_region_error: shorter_fr_plus={:?}",
1657                     shorter_fr_plus
1658                 );
1659                 for fr in shorter_fr_plus {
1660                     // Push the constraint `fr-: shorter_fr+`
1661                     propagated_outlives_requirements.push(ClosureOutlivesRequirement {
1662                         subject: ClosureOutlivesSubject::Region(fr_minus),
1663                         outlived_free_region: fr,
1664                         blame_span: blame_span_category.1.span,
1665                         category: blame_span_category.0,
1666                     });
1667                 }
1668                 return RegionRelationCheckResult::Propagated;
1669             }
1670         }
1671
1672         RegionRelationCheckResult::Error
1673     }
1674
1675     fn check_bound_universal_region(
1676         &self,
1677         longer_fr: RegionVid,
1678         placeholder: ty::PlaceholderRegion,
1679         errors_buffer: &mut RegionErrors<'tcx>,
1680     ) {
1681         debug!("check_bound_universal_region(fr={:?}, placeholder={:?})", longer_fr, placeholder,);
1682
1683         let longer_fr_scc = self.constraint_sccs.scc(longer_fr);
1684         debug!("check_bound_universal_region: longer_fr_scc={:?}", longer_fr_scc,);
1685
1686         // If we have some bound universal region `'a`, then the only
1687         // elements it can contain is itself -- we don't know anything
1688         // else about it!
1689         let Some(error_element) = ({
1690             self.scc_values.elements_contained_in(longer_fr_scc).find(|element| match element {
1691                 RegionElement::Location(_) => true,
1692                 RegionElement::RootUniversalRegion(_) => true,
1693                 RegionElement::PlaceholderRegion(placeholder1) => placeholder != *placeholder1,
1694             })
1695         }) else {
1696             return;
1697         };
1698         debug!("check_bound_universal_region: error_element = {:?}", error_element);
1699
1700         // Find the region that introduced this `error_element`.
1701         errors_buffer.push(RegionErrorKind::BoundUniversalRegionError {
1702             longer_fr,
1703             error_element,
1704             placeholder,
1705         });
1706     }
1707
1708     fn check_member_constraints(
1709         &self,
1710         infcx: &InferCtxt<'_, 'tcx>,
1711         errors_buffer: &mut RegionErrors<'tcx>,
1712     ) {
1713         let member_constraints = self.member_constraints.clone();
1714         for m_c_i in member_constraints.all_indices() {
1715             debug!("check_member_constraint(m_c_i={:?})", m_c_i);
1716             let m_c = &member_constraints[m_c_i];
1717             let member_region_vid = m_c.member_region_vid;
1718             debug!(
1719                 "check_member_constraint: member_region_vid={:?} with value {}",
1720                 member_region_vid,
1721                 self.region_value_str(member_region_vid),
1722             );
1723             let choice_regions = member_constraints.choice_regions(m_c_i);
1724             debug!("check_member_constraint: choice_regions={:?}", choice_regions);
1725
1726             // Did the member region wind up equal to any of the option regions?
1727             if let Some(o) =
1728                 choice_regions.iter().find(|&&o_r| self.eval_equal(o_r, m_c.member_region_vid))
1729             {
1730                 debug!("check_member_constraint: evaluated as equal to {:?}", o);
1731                 continue;
1732             }
1733
1734             // If not, report an error.
1735             let member_region = infcx.tcx.mk_region(ty::ReVar(member_region_vid));
1736             errors_buffer.push(RegionErrorKind::UnexpectedHiddenRegion {
1737                 span: m_c.definition_span,
1738                 hidden_ty: m_c.hidden_ty,
1739                 member_region,
1740             });
1741         }
1742     }
1743
1744     /// We have a constraint `fr1: fr2` that is not satisfied, where
1745     /// `fr2` represents some universal region. Here, `r` is some
1746     /// region where we know that `fr1: r` and this function has the
1747     /// job of determining whether `r` is "to blame" for the fact that
1748     /// `fr1: fr2` is required.
1749     ///
1750     /// This is true under two conditions:
1751     ///
1752     /// - `r == fr2`
1753     /// - `fr2` is `'static` and `r` is some placeholder in a universe
1754     ///   that cannot be named by `fr1`; in that case, we will require
1755     ///   that `fr1: 'static` because it is the only way to `fr1: r` to
1756     ///   be satisfied. (See `add_incompatible_universe`.)
1757     pub(crate) fn provides_universal_region(
1758         &self,
1759         r: RegionVid,
1760         fr1: RegionVid,
1761         fr2: RegionVid,
1762     ) -> bool {
1763         debug!("provides_universal_region(r={:?}, fr1={:?}, fr2={:?})", r, fr1, fr2);
1764         let result = {
1765             r == fr2 || {
1766                 fr2 == self.universal_regions.fr_static && self.cannot_name_placeholder(fr1, r)
1767             }
1768         };
1769         debug!("provides_universal_region: result = {:?}", result);
1770         result
1771     }
1772
1773     /// If `r2` represents a placeholder region, then this returns
1774     /// `true` if `r1` cannot name that placeholder in its
1775     /// value; otherwise, returns `false`.
1776     pub(crate) fn cannot_name_placeholder(&self, r1: RegionVid, r2: RegionVid) -> bool {
1777         debug!("cannot_name_value_of(r1={:?}, r2={:?})", r1, r2);
1778
1779         match self.definitions[r2].origin {
1780             NllRegionVariableOrigin::Placeholder(placeholder) => {
1781                 let universe1 = self.definitions[r1].universe;
1782                 debug!(
1783                     "cannot_name_value_of: universe1={:?} placeholder={:?}",
1784                     universe1, placeholder
1785                 );
1786                 universe1.cannot_name(placeholder.universe)
1787             }
1788
1789             NllRegionVariableOrigin::RootEmptyRegion
1790             | NllRegionVariableOrigin::FreeRegion
1791             | NllRegionVariableOrigin::Existential { .. } => false,
1792         }
1793     }
1794
1795     pub(crate) fn retrieve_closure_constraint_info(
1796         &self,
1797         _body: &Body<'tcx>,
1798         constraint: &OutlivesConstraint<'tcx>,
1799     ) -> BlameConstraint<'tcx> {
1800         let loc = match constraint.locations {
1801             Locations::All(span) => {
1802                 return BlameConstraint {
1803                     category: constraint.category,
1804                     from_closure: false,
1805                     cause: ObligationCause::dummy_with_span(span),
1806                     variance_info: constraint.variance_info,
1807                 };
1808             }
1809             Locations::Single(loc) => loc,
1810         };
1811
1812         let opt_span_category =
1813             self.closure_bounds_mapping[&loc].get(&(constraint.sup, constraint.sub));
1814         opt_span_category
1815             .map(|&(category, span)| BlameConstraint {
1816                 category,
1817                 from_closure: true,
1818                 cause: ObligationCause::dummy_with_span(span),
1819                 variance_info: constraint.variance_info,
1820             })
1821             .unwrap_or(BlameConstraint {
1822                 category: constraint.category,
1823                 from_closure: false,
1824                 cause: ObligationCause::dummy_with_span(constraint.span),
1825                 variance_info: constraint.variance_info,
1826             })
1827     }
1828
1829     /// Finds a good `ObligationCause` to blame for the fact that `fr1` outlives `fr2`.
1830     pub(crate) fn find_outlives_blame_span(
1831         &self,
1832         body: &Body<'tcx>,
1833         fr1: RegionVid,
1834         fr1_origin: NllRegionVariableOrigin,
1835         fr2: RegionVid,
1836     ) -> (ConstraintCategory<'tcx>, ObligationCause<'tcx>) {
1837         let BlameConstraint { category, cause, .. } =
1838             self.best_blame_constraint(body, fr1, fr1_origin, |r| {
1839                 self.provides_universal_region(r, fr1, fr2)
1840             });
1841         (category, cause)
1842     }
1843
1844     /// Walks the graph of constraints (where `'a: 'b` is considered
1845     /// an edge `'a -> 'b`) to find all paths from `from_region` to
1846     /// `to_region`. The paths are accumulated into the vector
1847     /// `results`. The paths are stored as a series of
1848     /// `ConstraintIndex` values -- in other words, a list of *edges*.
1849     ///
1850     /// Returns: a series of constraints as well as the region `R`
1851     /// that passed the target test.
1852     pub(crate) fn find_constraint_paths_between_regions(
1853         &self,
1854         from_region: RegionVid,
1855         target_test: impl Fn(RegionVid) -> bool,
1856     ) -> Option<(Vec<OutlivesConstraint<'tcx>>, RegionVid)> {
1857         let mut context = IndexVec::from_elem(Trace::NotVisited, &self.definitions);
1858         context[from_region] = Trace::StartRegion;
1859
1860         // Use a deque so that we do a breadth-first search. We will
1861         // stop at the first match, which ought to be the shortest
1862         // path (fewest constraints).
1863         let mut deque = VecDeque::new();
1864         deque.push_back(from_region);
1865
1866         while let Some(r) = deque.pop_front() {
1867             debug!(
1868                 "find_constraint_paths_between_regions: from_region={:?} r={:?} value={}",
1869                 from_region,
1870                 r,
1871                 self.region_value_str(r),
1872             );
1873
1874             // Check if we reached the region we were looking for. If so,
1875             // we can reconstruct the path that led to it and return it.
1876             if target_test(r) {
1877                 let mut result = vec![];
1878                 let mut p = r;
1879                 loop {
1880                     match context[p].clone() {
1881                         Trace::NotVisited => {
1882                             bug!("found unvisited region {:?} on path to {:?}", p, r)
1883                         }
1884
1885                         Trace::FromOutlivesConstraint(c) => {
1886                             p = c.sup;
1887                             result.push(c);
1888                         }
1889
1890                         Trace::StartRegion => {
1891                             result.reverse();
1892                             return Some((result, r));
1893                         }
1894                     }
1895                 }
1896             }
1897
1898             // Otherwise, walk over the outgoing constraints and
1899             // enqueue any regions we find, keeping track of how we
1900             // reached them.
1901
1902             // A constraint like `'r: 'x` can come from our constraint
1903             // graph.
1904             let fr_static = self.universal_regions.fr_static;
1905             let outgoing_edges_from_graph =
1906                 self.constraint_graph.outgoing_edges(r, &self.constraints, fr_static);
1907
1908             // Always inline this closure because it can be hot.
1909             let mut handle_constraint = #[inline(always)]
1910             |constraint: OutlivesConstraint<'tcx>| {
1911                 debug_assert_eq!(constraint.sup, r);
1912                 let sub_region = constraint.sub;
1913                 if let Trace::NotVisited = context[sub_region] {
1914                     context[sub_region] = Trace::FromOutlivesConstraint(constraint);
1915                     deque.push_back(sub_region);
1916                 }
1917             };
1918
1919             // This loop can be hot.
1920             for constraint in outgoing_edges_from_graph {
1921                 handle_constraint(constraint);
1922             }
1923
1924             // Member constraints can also give rise to `'r: 'x` edges that
1925             // were not part of the graph initially, so watch out for those.
1926             // (But they are extremely rare; this loop is very cold.)
1927             for constraint in self.applied_member_constraints(r) {
1928                 let p_c = &self.member_constraints[constraint.member_constraint_index];
1929                 let constraint = OutlivesConstraint {
1930                     sup: r,
1931                     sub: constraint.min_choice,
1932                     locations: Locations::All(p_c.definition_span),
1933                     span: p_c.definition_span,
1934                     category: ConstraintCategory::OpaqueType,
1935                     variance_info: ty::VarianceDiagInfo::default(),
1936                 };
1937                 handle_constraint(constraint);
1938             }
1939         }
1940
1941         None
1942     }
1943
1944     /// Finds some region R such that `fr1: R` and `R` is live at `elem`.
1945     #[instrument(skip(self), level = "trace")]
1946     pub(crate) fn find_sub_region_live_at(&self, fr1: RegionVid, elem: Location) -> RegionVid {
1947         trace!(scc = ?self.constraint_sccs.scc(fr1));
1948         trace!(universe = ?self.scc_universes[self.constraint_sccs.scc(fr1)]);
1949         self.find_constraint_paths_between_regions(fr1, |r| {
1950             // First look for some `r` such that `fr1: r` and `r` is live at `elem`
1951             trace!(?r, liveness_constraints=?self.liveness_constraints.region_value_str(r));
1952             self.liveness_constraints.contains(r, elem)
1953         })
1954         .or_else(|| {
1955             // If we fail to find that, we may find some `r` such that
1956             // `fr1: r` and `r` is a placeholder from some universe
1957             // `fr1` cannot name. This would force `fr1` to be
1958             // `'static`.
1959             self.find_constraint_paths_between_regions(fr1, |r| {
1960                 self.cannot_name_placeholder(fr1, r)
1961             })
1962         })
1963         .or_else(|| {
1964             // If we fail to find THAT, it may be that `fr1` is a
1965             // placeholder that cannot "fit" into its SCC. In that
1966             // case, there should be some `r` where `fr1: r` and `fr1` is a
1967             // placeholder that `r` cannot name. We can blame that
1968             // edge.
1969             //
1970             // Remember that if `R1: R2`, then the universe of R1
1971             // must be able to name the universe of R2, because R2 will
1972             // be at least `'empty(Universe(R2))`, and `R1` must be at
1973             // larger than that.
1974             self.find_constraint_paths_between_regions(fr1, |r| {
1975                 self.cannot_name_placeholder(r, fr1)
1976             })
1977         })
1978         .map(|(_path, r)| r)
1979         .unwrap()
1980     }
1981
1982     /// Get the region outlived by `longer_fr` and live at `element`.
1983     pub(crate) fn region_from_element(
1984         &self,
1985         longer_fr: RegionVid,
1986         element: &RegionElement,
1987     ) -> RegionVid {
1988         match *element {
1989             RegionElement::Location(l) => self.find_sub_region_live_at(longer_fr, l),
1990             RegionElement::RootUniversalRegion(r) => r,
1991             RegionElement::PlaceholderRegion(error_placeholder) => self
1992                 .definitions
1993                 .iter_enumerated()
1994                 .find_map(|(r, definition)| match definition.origin {
1995                     NllRegionVariableOrigin::Placeholder(p) if p == error_placeholder => Some(r),
1996                     _ => None,
1997                 })
1998                 .unwrap(),
1999         }
2000     }
2001
2002     /// Get the region definition of `r`.
2003     pub(crate) fn region_definition(&self, r: RegionVid) -> &RegionDefinition<'tcx> {
2004         &self.definitions[r]
2005     }
2006
2007     /// Check if the SCC of `r` contains `upper`.
2008     pub(crate) fn upper_bound_in_region_scc(&self, r: RegionVid, upper: RegionVid) -> bool {
2009         let r_scc = self.constraint_sccs.scc(r);
2010         self.scc_values.contains(r_scc, upper)
2011     }
2012
2013     pub(crate) fn universal_regions(&self) -> &UniversalRegions<'tcx> {
2014         self.universal_regions.as_ref()
2015     }
2016
2017     /// Tries to find the best constraint to blame for the fact that
2018     /// `R: from_region`, where `R` is some region that meets
2019     /// `target_test`. This works by following the constraint graph,
2020     /// creating a constraint path that forces `R` to outlive
2021     /// `from_region`, and then finding the best choices within that
2022     /// path to blame.
2023     pub(crate) fn best_blame_constraint(
2024         &self,
2025         body: &Body<'tcx>,
2026         from_region: RegionVid,
2027         from_region_origin: NllRegionVariableOrigin,
2028         target_test: impl Fn(RegionVid) -> bool,
2029     ) -> BlameConstraint<'tcx> {
2030         debug!(
2031             "best_blame_constraint(from_region={:?}, from_region_origin={:?})",
2032             from_region, from_region_origin
2033         );
2034
2035         // Find all paths
2036         let (path, target_region) =
2037             self.find_constraint_paths_between_regions(from_region, target_test).unwrap();
2038         debug!(
2039             "best_blame_constraint: path={:#?}",
2040             path.iter()
2041                 .map(|c| format!(
2042                     "{:?} ({:?}: {:?})",
2043                     c,
2044                     self.constraint_sccs.scc(c.sup),
2045                     self.constraint_sccs.scc(c.sub),
2046                 ))
2047                 .collect::<Vec<_>>()
2048         );
2049
2050         // We try to avoid reporting a `ConstraintCategory::Predicate` as our best constraint.
2051         // Instead, we use it to produce an improved `ObligationCauseCode`.
2052         // FIXME - determine what we should do if we encounter multiple `ConstraintCategory::Predicate`
2053         // constraints. Currently, we just pick the first one.
2054         let cause_code = path
2055             .iter()
2056             .find_map(|constraint| {
2057                 if let ConstraintCategory::Predicate(predicate_span) = constraint.category {
2058                     // We currently do not store the `DefId` in the `ConstraintCategory`
2059                     // for performances reasons. The error reporting code used by NLL only
2060                     // uses the span, so this doesn't cause any problems at the moment.
2061                     Some(ObligationCauseCode::BindingObligation(
2062                         CRATE_DEF_ID.to_def_id(),
2063                         predicate_span,
2064                     ))
2065                 } else {
2066                     None
2067                 }
2068             })
2069             .unwrap_or_else(|| ObligationCauseCode::MiscObligation);
2070
2071         // Classify each of the constraints along the path.
2072         let mut categorized_path: Vec<BlameConstraint<'tcx>> = path
2073             .iter()
2074             .map(|constraint| {
2075                 if constraint.category == ConstraintCategory::ClosureBounds {
2076                     self.retrieve_closure_constraint_info(body, &constraint)
2077                 } else {
2078                     BlameConstraint {
2079                         category: constraint.category,
2080                         from_closure: false,
2081                         cause: ObligationCause::new(
2082                             constraint.span,
2083                             CRATE_HIR_ID,
2084                             cause_code.clone(),
2085                         ),
2086                         variance_info: constraint.variance_info,
2087                     }
2088                 }
2089             })
2090             .collect();
2091         debug!("best_blame_constraint: categorized_path={:#?}", categorized_path);
2092
2093         // To find the best span to cite, we first try to look for the
2094         // final constraint that is interesting and where the `sup` is
2095         // not unified with the ultimate target region. The reason
2096         // for this is that we have a chain of constraints that lead
2097         // from the source to the target region, something like:
2098         //
2099         //    '0: '1 ('0 is the source)
2100         //    '1: '2
2101         //    '2: '3
2102         //    '3: '4
2103         //    '4: '5
2104         //    '5: '6 ('6 is the target)
2105         //
2106         // Some of those regions are unified with `'6` (in the same
2107         // SCC).  We want to screen those out. After that point, the
2108         // "closest" constraint we have to the end is going to be the
2109         // most likely to be the point where the value escapes -- but
2110         // we still want to screen for an "interesting" point to
2111         // highlight (e.g., a call site or something).
2112         let target_scc = self.constraint_sccs.scc(target_region);
2113         let mut range = 0..path.len();
2114
2115         // As noted above, when reporting an error, there is typically a chain of constraints
2116         // leading from some "source" region which must outlive some "target" region.
2117         // In most cases, we prefer to "blame" the constraints closer to the target --
2118         // but there is one exception. When constraints arise from higher-ranked subtyping,
2119         // we generally prefer to blame the source value,
2120         // as the "target" in this case tends to be some type annotation that the user gave.
2121         // Therefore, if we find that the region origin is some instantiation
2122         // of a higher-ranked region, we start our search from the "source" point
2123         // rather than the "target", and we also tweak a few other things.
2124         //
2125         // An example might be this bit of Rust code:
2126         //
2127         // ```rust
2128         // let x: fn(&'static ()) = |_| {};
2129         // let y: for<'a> fn(&'a ()) = x;
2130         // ```
2131         //
2132         // In MIR, this will be converted into a combination of assignments and type ascriptions.
2133         // In particular, the 'static is imposed through a type ascription:
2134         //
2135         // ```rust
2136         // x = ...;
2137         // AscribeUserType(x, fn(&'static ())
2138         // y = x;
2139         // ```
2140         //
2141         // We wind up ultimately with constraints like
2142         //
2143         // ```rust
2144         // !a: 'temp1 // from the `y = x` statement
2145         // 'temp1: 'temp2
2146         // 'temp2: 'static // from the AscribeUserType
2147         // ```
2148         //
2149         // and here we prefer to blame the source (the y = x statement).
2150         let blame_source = match from_region_origin {
2151             NllRegionVariableOrigin::FreeRegion
2152             | NllRegionVariableOrigin::Existential { from_forall: false } => true,
2153             NllRegionVariableOrigin::RootEmptyRegion
2154             | NllRegionVariableOrigin::Placeholder(_)
2155             | NllRegionVariableOrigin::Existential { from_forall: true } => false,
2156         };
2157
2158         let find_region = |i: &usize| {
2159             let constraint = &path[*i];
2160
2161             let constraint_sup_scc = self.constraint_sccs.scc(constraint.sup);
2162
2163             if blame_source {
2164                 match categorized_path[*i].category {
2165                     ConstraintCategory::OpaqueType
2166                     | ConstraintCategory::Boring
2167                     | ConstraintCategory::BoringNoLocation
2168                     | ConstraintCategory::Internal
2169                     | ConstraintCategory::Predicate(_) => false,
2170                     ConstraintCategory::TypeAnnotation
2171                     | ConstraintCategory::Return(_)
2172                     | ConstraintCategory::Yield => true,
2173                     _ => constraint_sup_scc != target_scc,
2174                 }
2175             } else {
2176                 !matches!(
2177                     categorized_path[*i].category,
2178                     ConstraintCategory::OpaqueType
2179                         | ConstraintCategory::Boring
2180                         | ConstraintCategory::BoringNoLocation
2181                         | ConstraintCategory::Internal
2182                         | ConstraintCategory::Predicate(_)
2183                 )
2184             }
2185         };
2186
2187         let best_choice =
2188             if blame_source { range.rev().find(find_region) } else { range.find(find_region) };
2189
2190         debug!(
2191             "best_blame_constraint: best_choice={:?} blame_source={}",
2192             best_choice, blame_source
2193         );
2194
2195         if let Some(i) = best_choice {
2196             if let Some(next) = categorized_path.get(i + 1) {
2197                 if matches!(categorized_path[i].category, ConstraintCategory::Return(_))
2198                     && next.category == ConstraintCategory::OpaqueType
2199                 {
2200                     // The return expression is being influenced by the return type being
2201                     // impl Trait, point at the return type and not the return expr.
2202                     return next.clone();
2203                 }
2204             }
2205
2206             if categorized_path[i].category == ConstraintCategory::Return(ReturnConstraint::Normal)
2207             {
2208                 let field = categorized_path.iter().find_map(|p| {
2209                     if let ConstraintCategory::ClosureUpvar(f) = p.category {
2210                         Some(f)
2211                     } else {
2212                         None
2213                     }
2214                 });
2215
2216                 if let Some(field) = field {
2217                     categorized_path[i].category =
2218                         ConstraintCategory::Return(ReturnConstraint::ClosureUpvar(field));
2219                 }
2220             }
2221
2222             return categorized_path[i].clone();
2223         }
2224
2225         // If that search fails, that is.. unusual. Maybe everything
2226         // is in the same SCC or something. In that case, find what
2227         // appears to be the most interesting point to report to the
2228         // user via an even more ad-hoc guess.
2229         categorized_path.sort_by(|p0, p1| p0.category.cmp(&p1.category));
2230         debug!("best_blame_constraint: sorted_path={:#?}", categorized_path);
2231
2232         categorized_path.remove(0)
2233     }
2234
2235     pub(crate) fn universe_info(&self, universe: ty::UniverseIndex) -> UniverseInfo<'tcx> {
2236         self.universe_causes[&universe].clone()
2237     }
2238 }
2239
2240 impl<'tcx> RegionDefinition<'tcx> {
2241     fn new(universe: ty::UniverseIndex, rv_origin: RegionVariableOrigin) -> Self {
2242         // Create a new region definition. Note that, for free
2243         // regions, the `external_name` field gets updated later in
2244         // `init_universal_regions`.
2245
2246         let origin = match rv_origin {
2247             RegionVariableOrigin::Nll(origin) => origin,
2248             _ => NllRegionVariableOrigin::Existential { from_forall: false },
2249         };
2250
2251         Self { origin, universe, external_name: None }
2252     }
2253 }
2254
2255 pub trait ClosureRegionRequirementsExt<'tcx> {
2256     fn apply_requirements(
2257         &self,
2258         tcx: TyCtxt<'tcx>,
2259         closure_def_id: DefId,
2260         closure_substs: SubstsRef<'tcx>,
2261     ) -> Vec<QueryOutlivesConstraint<'tcx>>;
2262 }
2263
2264 impl<'tcx> ClosureRegionRequirementsExt<'tcx> for ClosureRegionRequirements<'tcx> {
2265     /// Given an instance T of the closure type, this method
2266     /// instantiates the "extra" requirements that we computed for the
2267     /// closure into the inference context. This has the effect of
2268     /// adding new outlives obligations to existing variables.
2269     ///
2270     /// As described on `ClosureRegionRequirements`, the extra
2271     /// requirements are expressed in terms of regionvids that index
2272     /// into the free regions that appear on the closure type. So, to
2273     /// do this, we first copy those regions out from the type T into
2274     /// a vector. Then we can just index into that vector to extract
2275     /// out the corresponding region from T and apply the
2276     /// requirements.
2277     fn apply_requirements(
2278         &self,
2279         tcx: TyCtxt<'tcx>,
2280         closure_def_id: DefId,
2281         closure_substs: SubstsRef<'tcx>,
2282     ) -> Vec<QueryOutlivesConstraint<'tcx>> {
2283         debug!(
2284             "apply_requirements(closure_def_id={:?}, closure_substs={:?})",
2285             closure_def_id, closure_substs
2286         );
2287
2288         // Extract the values of the free regions in `closure_substs`
2289         // into a vector.  These are the regions that we will be
2290         // relating to one another.
2291         let closure_mapping = &UniversalRegions::closure_mapping(
2292             tcx,
2293             closure_substs,
2294             self.num_external_vids,
2295             tcx.typeck_root_def_id(closure_def_id),
2296         );
2297         debug!("apply_requirements: closure_mapping={:?}", closure_mapping);
2298
2299         // Create the predicates.
2300         self.outlives_requirements
2301             .iter()
2302             .map(|outlives_requirement| {
2303                 let outlived_region = closure_mapping[outlives_requirement.outlived_free_region];
2304
2305                 match outlives_requirement.subject {
2306                     ClosureOutlivesSubject::Region(region) => {
2307                         let region = closure_mapping[region];
2308                         debug!(
2309                             "apply_requirements: region={:?} \
2310                              outlived_region={:?} \
2311                              outlives_requirement={:?}",
2312                             region, outlived_region, outlives_requirement,
2313                         );
2314                         ty::Binder::dummy(ty::OutlivesPredicate(region.into(), outlived_region))
2315                     }
2316
2317                     ClosureOutlivesSubject::Ty(ty) => {
2318                         debug!(
2319                             "apply_requirements: ty={:?} \
2320                              outlived_region={:?} \
2321                              outlives_requirement={:?}",
2322                             ty, outlived_region, outlives_requirement,
2323                         );
2324                         ty::Binder::dummy(ty::OutlivesPredicate(ty.into(), outlived_region))
2325                     }
2326                 }
2327             })
2328             .collect()
2329     }
2330 }
2331
2332 #[derive(Clone, Debug)]
2333 pub struct BlameConstraint<'tcx> {
2334     pub category: ConstraintCategory<'tcx>,
2335     pub from_closure: bool,
2336     pub cause: ObligationCause<'tcx>,
2337     pub variance_info: ty::VarianceDiagInfo<'tcx>,
2338 }